Розрахунок режимів електронно-променевої обробки матеріалів

 

При ЕПО ефективну теплову потужність променя (Q_еф, Вт) визначають за формулою:

де ƞ_еф - ефективний ККД процесу нагріву (для електронно-променевої обробки зазвичай 0,7...0,9 залежно від оброблюваного матеріалу); U_прис - прискорююча напруга, В; І_пр - струм променя, А.

У запропонованій методиці за відомими розмірами ванни розплаву металу розраховують величину сили струму променя. Величину прискорюючої напруги вибирають, виходячи з наявного обладнання залежно від типуелектронно-променевої гармати, зазвичай 20...30 кВ. В електронно-променевих установках прискорююча напруга стабілізована.

Швидкість руху променя задають, користуючись довідковими даними (10...30 м/год) залежно від типу матеріалута його товщини:

V_пром > 0,008 м/с (30 м/год) - для алюмінієвихсплавів;

V_пром > 0,006 м/с (20 м/год) - для вуглецевих сплавів,

V_пром > 0,004 м/с (15 м/год) - для титанових та нікелевих сплавів.

Для випадків електронно-променевої обробки металів величину струму променя визначають заформулою:

 

(30)

 

де h_пл - тепломісткість розплавленого металу,

де Т_пл - температура плавлення металу, К; L_пл - прихована теплота плавлення, Дж/кг; Т_пр - температура перегріву металу (може бути прийнята близько 20 % від Т_пл), К.

 

Теплові процеси в металі при електронно-променевій обробці металу

 

Усі види ЕПО можна розкласти в послідовності по кількості енергії, що вводиться в одиницю об'єму матеріалу:

- поверхнева термообробка Т_п < Т_пл;

- зварювання, переплавлення, легування Т_пл ≤ Т_п ≤ Т_вип;

- різка, свердлування, фрезерування, скрайбування, видалення металу Т_п > Т_вип;

де Т_п - температура поверхні металу;

Т_пл - температура плавлення металу;

Т_вип - температура випаровування металу.

Характер і ефективність того чи іншоговиду обробки залежить від густини потужності випромінювання.

Точність теплових розрахунків значною мірою залежить від правильності вибору розрахункової системи.

Основними параметрами термічного циклу біля шовної зони є максимальна температура нагріву, близька до температури плавлення, швидкість нагріву в температурному інтервалі фазового перетворення, час перебування металу при температурі, вищій за температуру фазового перетворення й швидкість охолодження.

Найбільш просто параметри теплових полів при електронній обробці можна розв'язувати за відомими аналітичними рівняннями, які являють собою розв'язок диференціальних рівнянь у лінійній постановці при лінійних граничних умовах. Це значить, що коефіцієнти, які характеризують теплофізичні властивості, вважаються незалежними від температури.